《过程设备设计浙大》课件

《过程设备设计》课程介绍本课程深入探讨过程设备的设计原理和方法。课程内容涵盖了过程设备的类型、结构、材料、工艺流程、设计计算等方面。课程目标和主要内容培养过程设备设计能力学生将掌握过程设备的设计原理、方法和技巧，能够独立完成过程设备的设计工作。熟悉过程设备种类和特点学生将了解各种常见过程设备的结构、功能、优缺点和应用领域，并能够选择合适的设备进行设计。提高工程实践能力通过课程学习和实践环节，学生能够将理论知识应用到实际工程项目中，解决实际问题。了解相关行业发展趋势学生将了解过程设备设计在化学工业、石油化工、制药等领域的应用现状和发展方向。课程安排及教学方式1课堂讲授讲解课程内容，介绍基本原理和方法。2案例分析结合实际工程案例，深入理解设计流程。3课后作业巩固课堂学习，加深对知识的理解。4考试评估综合考察学生对课程内容的掌握程度。课程安排以理论教学为主，并辅以案例分析和课后作业。教学方式注重理论与实践相结合，培养学生解决实际工程问题的综合能力。过程设备设计概述过程设备设计是化工、制药、食品等行业的基石。涉及设备选型、尺寸计算、材料选择、安全设计等各个方面。过程设备的设计需要综合考虑生产工艺要求、经济性、安全性、环境保护等因素，确保设备安全高效运行。过程设备设计的基本原理热力学热力学原理是过程设备设计的核心基础，用于分析能量转化和热量传递，例如传热效率和热损失的计算。流体力学流体力学原理用于分析流体运动和压力变化，例如管道设计、泵选型和流体混合效率的优化。传质学传质学原理用于分析物质在不同相之间的传递，例如蒸馏、吸收和萃取等操作的效率评估。材料科学材料科学用于选择合适的材料，以确保设备的耐腐蚀性、强度和耐用性，例如选择耐高温、耐压和耐腐蚀的材料。过程设备的种类和特点1反应器反应器是用于进行化学反应的设备。常见的反应器类型包括釜式反应器、管式反应器、流化床反应器等。2分离设备分离设备用于将混合物分离成不同的组分。常见的分离设备类型包括蒸馏塔、萃取塔、过滤机、离心机等。3传热设备传热设备用于传递热量。常见的传热设备类型包括换热器、冷凝器、蒸发器等。4储存设备储存设备用于储存物料。常见的储存设备类型包括储罐、料仓、料斗等。设备选型的依据和方法1工艺要求设备需要满足特定的生产工艺，例如反应条件、物料性质等。2经济性选择性价比高的设备，考虑设备成本、运行成本和维护成本。3安全可靠性设备应具有良好的安全性能，符合相关安全标准和规范。4操作维护设备的操作和维护应方便，并能有效降低运行风险。5环境保护选择环保性能高的设备，减少对环境的影响。物料平衡和能量平衡物料平衡是指在一定时间内，进入系统的所有物料的量等于离开系统的所有物料的量。能量平衡是指在一定时间内，进入系统的所有能量的量等于离开系统的所有能量的量。物料平衡和能量平衡是过程设备设计的重要基础，是进行设备设计、工艺计算和设备选型的依据。物料平衡和能量平衡的分析和计算可以帮助我们了解物料和能量在整个生产过程中的流动和转化情况，从而为过程设备的设计提供理论依据。压力平衡和流量平衡压力平衡流量平衡保证系统压力稳定保证系统物料流动稳定防止设备超压防止物料积聚或流失压力平衡和流量平衡是过程设备设计中的重要考虑因素，它们确保设备安全运行和生产效率。常见过程设备的设计要求安全性和可靠性设备设计需符合国家标准和行业规范。保证操作人员和环境安全。设备运行稳定，故障率低。经济性和适用性设备选型和设计应综合考虑成本和适用性。选择性价比高的设备，满足工艺需求。操作性和维护性设备易于操作和维护。便于检修和保养，减少停机时间。环保性和节能性设备设计应符合环保要求，减少污染排放。采用节能技术，降低运行成本。反应器的设计反应器类型选择根据反应类型、反应条件和工艺要求选择合适的反应器类型，例如间歇式反应器、连续式反应器等。物料衡算与能量衡算进行物料和能量平衡计算，确定反应器的尺寸和操作条件，例如反应温度、压力、停留时间等。反应器结构设计设计反应器的内部结构，例如搅拌器、传热元件、进料和出料口等，以确保反应过程高效、安全进行。反应器材料选择根据反应条件、物料特性和腐蚀情况选择合适的反应器材料，确保反应器在运行过程中能够耐腐蚀、耐高温、耐高压。安全设计设计安全装置，例如安全阀、紧急停机系统等，以防止事故发生。传质设备的设计传质设备是化工生产中不可或缺的一部分，用于实现物质之间的分离和传递，例如蒸馏、吸收、萃取等操作。1操作条件温度、压力、物料性质2传质机理气液相、液液相传质3设备选型蒸馏塔、吸收塔、萃取塔4性能评估传质效率、操作稳定性传质设备的设计需要综合考虑操作条件、传质机理、设备选型和性能评估等因素。传热设备的设计1传热机理分析对流传热、辐射传热、对流传热。2传热设备选型换热器、冷凝器、蒸发器。3传热面积计算传热系数、传热量、温差。4结构设计与优化材料选择、尺寸确定、工艺参数。传热设备设计涉及传热机理分析、设备选型、传热面积计算、结构设计与优化等环节。分离设备的设计1分离原理分析根据物料性质选择合适的分离方法2设备结构设计确定设备尺寸、材料和操作参数3性能模拟与优化利用仿真软件进行性能预测和优化4安全性分析评估设备的安全风险并采取措施分离设备设计需要考虑多种因素，例如物料的物理化学性质、分离要求、操作条件等。设计过程中需要进行详细的分析和计算，并进行性能模拟和安全性评估，以确保设备的安全性和高效性。储存设备的设计储存设备的分类储存设备主要分为液体储存设备和固体储存设备两大类，分别用于储存不同状态的物料。储存设备的设计原则储存设备设计需要考虑储存介质的特性，如密度、粘度、腐蚀性等，并根据安全性和经济性选择合适的材料和结构。储存设备的设计要点储存容量安全泄压装置温度控制防腐措施维护保养储存设备的应用储存设备广泛应用于化工、石油、食品等行业，对保证生产的连续性和安全性起着至关重要的作用。动力设备的设计1泵泵是用来输送流体的设备，是过程设备中常见的动力设备，例如离心泵、往复泵等。2压缩机压缩机用来提高气体或蒸汽的压力，常用于气体输送、分离等过程，例如螺杆压缩机、活塞式压缩机等。3风机风机用来输送气体，例如离心风机、轴流风机等。自动控制设备的设计控制目标确定控制目标，例如温度、压力、流量等。传感器选型选择合适的传感器，根据控制目标的精度和范围。控制算法设计设计控制算法，例如PID控制、模糊控制等，并进行仿真验证。控制系统搭建根据设计方案，搭建控制系统，包括硬件和软件部分。调试与优化进行系统调试，优化控制参数，确保系统稳定运行。环境保护设备的设计1废气处理设计高效的废气处理系统，减少有害气体排放，例如使用吸附、催化氧化等技术。2废水处理设计合理的废水处理工艺，降低水污染，例如使用生物处理、化学沉淀等技术。3固体废物处理设计有效的固体废物处理方案，减少固体废弃物对环境的污染，例如焚烧、填埋、资源化利用等。设备腐蚀和防腐腐蚀原因设备腐蚀是金属材料在环境介质的作用下发生的破坏过程，常见的腐蚀形式有：电化学腐蚀、化学腐蚀和物理腐蚀。防腐措施材料选择表面处理涂层保护电化学保护腐蚀控制选择耐腐蚀材料，定期检查设备，对腐蚀部位进行修复，并制定合理的防腐计划，可以有效控制设备腐蚀。设备耐压和安全设计压力容器安全设计压力容器设计要考虑压力、温度、材料等因素，确保安全运行。压力管道安全设计压力管道设计要考虑管道材质、连接方式，防止泄漏。安全阀设计安全阀是保护设备安全的重要组成部分，要选择合适的类型和参数。设备检验和验收11.外观检查检查设备表面是否有裂纹、变形、腐蚀等缺陷。22.尺寸和重量检验确认设备尺寸、重量是否符合设计要求。33.性能测试通过模拟运行测试设备的各项性能指标。44.安全检验对设备的安全装置进行测试，确保设备安全运行。设备维修与维护定期维护定期检查设备运行状况，并进行必要的维护和保养，确保设备的安全可靠运行。常见的维护工作包括清洁、润滑、紧固、更换易损件等。故障维修及时处理设备故障，排除故障，恢复设备正常运行。故障维修需要专业的技术人员进行，确保维修质量，避免安全事故发生。记录管理对设备的维修记录进行详细记录，包括维修时间、维修内容、维修人员等。维修记录可以帮助我们了解设备的运行状况，制定维修计划，提高设备管理水平。安全操作严格遵守安全操作规程，确保设备运行的安全。在进行维修操作时，要佩戴必要的安全防护用品，避免发生意外事故。实例分析：一体化反应器的设计一体化反应器是将多个反应步骤集成在一个设备中，它具有占地面积小、操作简单、效率高、节能环保等优点。设计时需要考虑反应物料的性质、反应条件、工艺要求等因素，并进行热力学分析、动力学分析和传质分析，确定最佳的反应器结构和操作参数。实例分析：蒸馏塔的设计蒸馏塔是分离不同沸点的混合物的常用设备。设计蒸馏塔需要考虑许多因素，包括物料性质、操作条件、塔体结构等。本实例将介绍一个典型的蒸馏塔设计案例，包括塔体尺寸、塔板类型、填料选择、冷凝器和再沸器等。通过分析该案例，我们将学习如何根据实际应用需求选择合适的蒸馏塔设计方案。实例分析：吸附塔的设计吸附塔是一种重要的气体分离设备，广泛应用于工业生产中。吸附塔设计需要考虑多种因素，包括吸附剂的选择、吸附塔的结构、操作条件等。吸附剂的选择取决于被分离气体，不同的吸附剂具有不同的吸附性能。吸附塔的结构设计则要考虑气体流速、塔径和塔高，以及吸附剂的填充方式等。操作条件则包括温度、压力、进料气体浓度和流速等，这些因素都会影响吸附塔的性能。实例分析：干燥器的设计喷雾干燥器喷雾干燥器是一种广泛应用于食品、医药、化工等行业的干燥设备。该类型干燥器利用热空气与物料接触，使物料迅速蒸发水分。烘箱干燥器烘箱干燥器结构简单，操作方便，适用于各种固体物料的干燥。该类型干燥器通过热空气或蒸汽加热，使物料在烘箱内进行干燥。真空干燥器真空干燥器适用于对热敏感物料的干燥，避免物料在高温下发生变质。该类型干燥器通过降低干燥室内气压，使物料表面水分更容易蒸发。实例分析：换热器的设计换热器是化学工业中常见的设备之一，用于两种或多种流体之间进行热量交换。换热器的设计涉及多个因素，包括流体的性质、热量传递速率、设备的尺寸和材料等。本实例将以板式换热器为例，介绍换热器设计的基本流程，并分析设计中需考虑的关键因素。典型过程设备设计公式汇总物料衡算公式质量守恒定律，建立物料衡算方程式，确定物料的输入量、输出量和损失量。热量衡算公式能量守恒定律，建立热量衡算方程式，确定热量传递和转化。压力平衡公式流体静力学原理，分析压力变化，确定设备承受的压力。流量平衡公式